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🌻1.前言

本篇目的：Linux内核之WRITE_ONCE用法实例

🌻2.Linux内核之WRITE_ONCE介绍

• WRITE_ONCE是一个宏，它在Linux内核中用于确保对变量的写操作是原子性的，并且不会被编译器的优化重排。这个宏的主要目的是在多线程环境中提供一种安全的方式来写入共享变量，确保其他线程能够看到正确的值。
• WRITE_ONCE宏的实现利用了C语言的结构体和联合体的特性。首先，它定义了一个匿名联合体，其中包含一个与目标变量x类型相同的成员__val，以及一个字符数组__c。这个字符数组的大小设置为1，是为了确保联合体的大小与x的大小相同。
• 然后，宏将值val转换为x的类型，并将其赋值给联合体的__val成员。这个转换使用了__force关键字，它是一个类型转换提示，告诉编译器这个转换是故意的，不应该被优化掉。
• 接下来，宏调用了一个名为__write_once_size的函数，它接受三个参数：目标变量x的地址、联合体的字符数组的地址，以及目标变量x的大小。这个函数负责执行实际的写操作，确保写入是原子性的，并且不会被重排。
• 最后，宏返回联合体的__val成员的值，这通常是写入的值val。
• WRITE_ONCE宏的使用确保了在多核处理器上的写操作是原子的，并且不会被编译器的优化重排。这在多线程编程中非常重要，因为它确保了其他线程能够看到正确的值，即使在高并发的情况下。
• 例如，考虑以下情况：

int x = 0;
void thread1() {WRITE_ONCE(x, 1);
}
void thread2() {while (x == 0) {// 自旋等待x变为1}// x现在是1，可以安全地进行下一步操作
}

• 在这个例子中，thread1将x的值设置为1，而thread2则在x变为1之前自旋等待。由于WRITE_ONCE确保了写操作的原子性和可见性，thread2将能够看到thread1写入的值，并且可以安全地进行下一步操作。
• WRITE_ONCE是一个在Linux内核中用于提供原子性和可见性保证的宏。它通过利用联合体和特殊的写操作函数来确保对共享变量的写操作是安全的，不会被编译器的优化重排。这在多线程编程中非常重要，可以避免竞态条件和数据不一致的问题。

🌻3.代码实例

🐓3.1 原子写入变量值

#include <stdio.h>// 定义 WRITE_ONCE 宏
#define WRITE_ONCE(x, val)				\({							\union { typeof(x) __val; char __c[1]; }             \__u = { .__val = (__typeof__(x)) (val) };		\__write_once_size(&(x), __u.__c, sizeof(x));	\__u.__val;						\})// 模拟写入操作
void __write_once_size(void *addr, const void *buffer, int size) {printf("Writing %d bytes to address %p\n", size, addr);printf("%s(), line = %d, addr = %d, buffer = %d\n",__FUNCTION__,__LINE__,*(int*)addr, *(int*)buffer);
}int main() {int value = 0;int new_value = WRITE_ONCE(value, 10);printf("Original value: %d\n", value);printf("New value: %d\n\n", new_value);int vv = 111;int ret = WRITE_ONCE(vv, 123);printf("ret =  %d\n", ret);return 0;
}

🐓3.2 原子写入结构体成员

#include <stdio.h>struct MyStruct {int a;float b;
};// 定义 WRITE_ONCE 宏
#define WRITE_ONCE(x, val) \
({ \union { typeof(x) __val; char __c[1]; } __u = \{ .__val = (__typeof__(x)) (val) }; \__write_once_size(&(x), __u.__c, sizeof(x)); \__u.__val; \
})// 模拟写入操作
void __write_once_size(void *addr, const void *buffer, int size) {printf("Writing %d bytes to address %p\n", size, addr);
}int main() {struct MyStruct data;data.a = 0;data.b = 0.0f;struct MyStruct new_data = {WRITE_ONCE(data.a, 5), WRITE_ONCE(data.b, 3.14f)};printf("Original struct: a = %d, b = %f\n", data.a, data.b);printf("New struct: a = %d, b = %f\n", new_data.a, new_data.b);return 0;
}

🐓3.3 原子写入数组元素

#include <stdio.h>#define ARRAY_SIZE 5// 定义 WRITE_ONCE 宏
#define WRITE_ONCE(x, val) \
({ \union { typeof(x) __val; char __c[1]; } __u = \{ .__val = (__typeof__(x)) (val) }; \__write_once_size(&(x), __u.__c, sizeof(x)); \__u.__val; \
})// 模拟写入操作
void __write_once_size(void *addr, const void *buffer, int size) {printf("Writing %d bytes to address %p\n", size, addr);
}int main() {int array[ARRAY_SIZE] = {0};for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; ++i) {array[i] = WRITE_ONCE(array[i], i * 2);}printf("Array after writing:\n");for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; ++i) {printf("%d ", array[i]);}printf("\n");return 0;
}